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Android之NDK开发

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 kim366
发布于 2016/05/13 19:15
字数 5100
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 一、NDK产生的背景

  Android平台从诞生起,就已经支持C、C++开发。众所周知,Android的SDK基于Java实现,这意味着基于Android SDK进行开发的第三方应用都必须使用Java语言。但这并不等同于“第三方应用只能使用Java”。在Android SDK首次发布时,Google就宣称其虚拟机Dalvik支持JNI编程方式,也就是第三方应用完全可以通过JNI调用自己的C动态库,即在Android平台上,“Java+C”的编程方式是一直都可以实现的。

  不过,Google也表示,使用原生SDK编程相比Dalvik虚拟机也有一些劣势,Android SDK文档里,找不到任何JNI方面的帮助。即使第三方应用开发者使用JNI完成了自己的C动态链接库(so)开发,但是so如何和应用程序一起打包成apk并发布?这里面也存在技术障碍。比如程序更加复杂,兼容性难以保障,无法访问Framework API,Debug难度更大等。开发者需要自行斟酌使用。

  于是NDK就应运而生了。NDK全称是Native Development Kit。

  NDK的发布,使“Java+C”的开发方式终于转正,成为官方支持的开发方式。NDK将是Android平台支持C开发的开端。

 

二、为什么使用NDK

  1.代码的保护。由于apk的java层代码很容易被反编译,而C/C++库反汇难度较大。

  2.可以方便地使用现存的开源库。大部分现存的开源库都是用C/C++代码编写的。

  3.提高程序的执行效率。将要求高性能的应用逻辑使用C开发,从而提高应用程序的执行效率。

  4.便于移植。用C/C++写得库可以方便在其他的嵌入式平台上再次使用。

 

三、NDK简介

       1.NDK是一系列工具的集合

          NDK提供了一系列的工具,帮助开发者快速开发C(或C++)的动态库,并能自动将so和java应用一起打包成apk。这些工具对开发者的帮助是巨大的。

          NDK集成了交叉编译器,并提供了相应的mk文件隔离CPU、平台、ABI等差异,开发人员只需要简单修改mk文件(指出“哪些文件需要编译”、“编译特性要求”等),就可以创建出so。

          NDK可以自动地将so和Java应用一起打包,极大地减轻了开发人员的打包工作。

       2.NDK提供了一份稳定、功能有限的API头文件声明

          Google明确声明该API是稳定的,在后续所有版本中都稳定支持当前发布的API。从该版本的NDK中看出,这些API支持的功能非常有限,包含有:C标准库(libc)、标准数学库(libm)、压缩库(libz)、Log库(liblog)。

 

四、NDK开发环境的搭建

1.下载安装Android NDK

  地址:http://developer.android.com/sdk/ndk/index.html

2.下载安装cygwin

  由于NDK编译代码时必须要用到make和gcc,所以你必须先搭建一个linux环境, cygwin是一个在windows平台上运行的unix模拟环境,它对于学习unix/linux操作环境,或者从unix到windows的应用程序移植,非常有用。通过它,你就可以在不安装linux的情况下使用NDK来编译C、C++代码了。下载地址:http://www.cygwin.com

  1)然后双击运行吧,运行后你将看到安装向导界面。

  2)点击下一步,此时让你选择安装方式:

  • Install from Internet:直接从Internet上下载并立即安装(安装完成后,下载好的安装文件并不会被删除,而是仍然被保留,以便下次再安装)。
  • Download Without Installing:只是将安装文件下载到本地,但暂时不安装。
  • Install from Local Directory:不下载安装文件,直接从本地某个含有安装文件的目录进行安装。

  3)选择第一项,然后点击下一步。

  4)选择要安装的目录,注意,最好不要放到有中文和空格的目录里,似乎会造成安装出问题,其它选项不用变,之后点下一步:

  5)上一步是选择安装cygwin的目录,这个是选择你下载的安装包所在的目录,默认是你运行setup.exe的目录,直接点下一步就可以:

  6)此时你共有三种连接方式选择:

  • Direct Connection:直接连接。
  • Use IE5 Settings:使用IE的连接参数设置进行连接。
  • Use HTTP/FTP Proxy:使用HTTP或FTP代理服务器进行连接(需要输入服务器地址、端口号)。

  用户可根据自己的网络连接的实情情况进行选择,一般正常情况下,均选择第一种,也就是直接连接方式。然后再点击“下一步”。

  7)这是选择要下载的站点,选择后点下一步。

  8)此时会下载加载安装包列表

  9)Search是可以输入你要下载的包的名称,能够快速筛选出你要下载的包。那四个单选按钮是选择下边树的样式,默认就行,不用动。View默认是Category,建议改成full显示全部包再查,省的一些包被隐藏掉。左下角那个复选框是是否隐藏过期包,默认打钩,不用管它就行,下边开始下载我们要安装的包吧,为了避免全部下载,这里列出了后面开发NDK用得着的包:autoconf2.1、automake1.10、binutils、gcc-core、gcc- g++、gcc4-core、gcc4-g++、gdb、pcre、pcre-devel、gawk、make共12个包

  10)然后开始选择安装这些包吧,点skip,把它变成数字版本格式,要确保Bin项变成叉号,而Src项是源码,这个就没必要选了。

  11)下面测试一下cygwin是不是已经安装好了。

      运行cygwin,在弹出的命令行窗口输入:cygcheck -c cygwin命令,会打印出当前cygwin的版本和运行状 态,如果status是ok的话,则cygwin运行正常。

      然后依次输入gcc –version,g++ --version,make –version,gdb –version进行测试,如果都打印出版本信息和一些描述信息,则cygwin安装成功!

3.配置 NDK 环境变量

  a.首先找到 cygwin 的安装目录,找到一个 home\< 你的用户名 >\.bash_profile 文件,我的是:E:\cygwin\home\Administrator\.bash_profile , ( 注意:我安装的时候我的 home 文件夹下面什么都没有,解决 的办法:首先打开环境变量,把里面的用户变量中的 HOME 变量删掉,在 E:\cygwin\home 文件夹下建立名为Administrator 的文件夹(是用户名),然后把 E:\cygwin\etc\skel\.bash_profile 拷贝到该文件夹下 ) 。

  b.打开 bash_profile 文件,添加 NDK=/cygdrive/< 你的盘符 >/<android ndk 目录 > 例如:

      NDK=/cygdrive/e/android-ndk-r5

      export NDK

  NDK 这个名字是随便取的,为了方面以后使用方便,选个简短的名字,然后保存

  c.打开 cygwin ,输入 cd $NDK ,如果输出上面配置的 /cygdrive/e/android-ndk-r5 信息,则表明环境变量设置成功了。

4.用 NDK 来编译程序   

  a.现在我们用安装好的 NDK 来编译一个简单的程序吧,我们选择 ndk 自带的例子 hello-jni ,我的位于E:\android-ndk-r5\samples\hello-jni( 根据你具体的安装位置而定 ) ,

  b.运行 cygwin ,输入命令 cd /cygdrive/e/android-ndk-r5/samples/hello-jni ,进入到 E:\android-ndk-r5\samples\hello-jni 目录。

  c.输入 $NDK/ndk-build ,执行成功后,它会自动生成一个 libs 目录,把编译生成的 .so 文件放在里面。 ($NDK是调用我们之前配置好的环境变量, ndk-build 是调用 ndk 的编译程序 )

  d.此时去 hello-jni 的 libs 目录下看有没有生成的 .so 文件,如果有,你的 ndk 就运行正常啦!

5.在 eclipse 中集成 c/c++ 开发环境

  a.装 Eclipse 的 C/C++ 环境插件: CDT ,这里选择在线安装。首先登录 http://www.eclipse.org/cdt/downloads.php ,找到对应你 Eclipse 版本的 CDT 插件 的在线安装地址。

  b.然后点 Help 菜单,找到 Install New Software 菜单

  c.点击 Add 按钮,把取的地址填进去,出来插件列表后,选 Select All ,然后选择下一步即可完成安装。

  d.安装完成后,在 eclispe 中右击新建一个项目,如果出现了 c/c++ 项目,则表明你的 CDT 插件安装成功啦!

6.配置 C/C++ 的编译器

  a.打开 eclipse ,导入ndk 自带的hello-jni 例子,右键单击项目名称,点击 Properties ,弹出配置界面,之后再点击 Builders ,弹出项目的编译工具列表,之后点击 New,新添加一个编译器,点击后出现添加界面,选择 Program ,点击 OK。

  b.出现了添加界面,首先给编译配置起个名字,如: C_Builder,设置 Location 为 < 你 cygwin 安装路径 >\bin\bash.exe 程序,例:E:\cygwin\bin\bash.exe ,设置Working Directory为<你 cygwin 安装路径 >\bin 目录,例如: E:\cygwin\bin,设置 Arguments 为 --login -c "cd /cygdrive/e/android-ndk-r5/samples/hello-jni && $NDK /ndk-build"

  上面的配置中 /cygdrive/e/android-ndk-r5/samples/hello-jni 是你当前要编译的程序的目录, $NDK 是之前配置  的 ndk 的环境变量,这两个根据你具体的安装目录进行配置,其他的不用变, Arguments 这串参数实际是  给 bash.exe 命令行程序传参数,进入要编译的程序目录,然后运行 ndk-build 编译程序

  c.接着切换到 Refresh 选项卡,给 Refresh resources upon completion 打上钩

  d.然后切换到 Build Options 选项卡,勾选上最后三项

  e.之后点击 Specify Resources 按钮,选择资源目录,勾选你的项目目录即可

  f.最后点击 Finish,点击 OK 一路把刚才的配置都保存下来,注意:如果你配置的编译器在其它编译器下边,记得一定要点 Up 按钮,把它排到第一位,否则 C 代码的编译晚于Java代码的编译,会造成你的 C 代码要编译两次才能看到最新的修改。

  g.编译配置也配置完成啦,现在来测试一下是否可以自动编译呢,打开项目 jni 目录里的 hello-jni.c 文件把提示 Hello from JNI! 改成其他的文字:如: Hello , My name is alex. ,然后再模 拟器中运行你的程序,如果模拟器中显示了你最新修改的文字,那么 Congratulations !你已经全部配置成功啦!

 

五、开发自己的NDK程序

  入门的最好办法就是学习Android自带的例子, 这里就通过学习Android的NDK自带的demo程序:hello-jni来达到这个目的。

1、 开发环境的搭建

  1)android的NDK开发需要在linux下进行: 因为需要把C/C++编写的代码生成能在arm上运行的.so文件,这就需要用到交叉编译环境,而交叉编译需要在linux系统下才能完成。

  2)安装android-ndk开发包,这个开发包可以在google android 官网下载: 通过这个开发包的工具才能将android jni 的C/C++的代码编译成库

  3)android应用程序开发环境: 包括eclipse、java、 android sdk、 adt等。

  如何下载和安装android-ndk我这里就不啰嗦了,安装完之后,需要将android-ndk的路劲加到环境变量PATH中:

    sudo gedit /etc/environment

  在environment的PATH环境变量中添加你的android-ndk的安装路劲,然后再让这个更改的环境变量立即生效:

     source  /etc/environment

  经过了上述步骤,在命令行下敲:

    ndk-bulid

  弹出如下的错误,而不是说ndk-build not found,就说明ndk环境已经安装成功了。

    Android NDK: Could not find application project directory !    
    Android NDK: Please define the NDK_PROJECT_PATH variable to point to it.    
    /home/braincol/workspace/android/android-ndk-r5/build/core/build-local.mk:85: *** Android NDK: Aborting    .  Stop.

 2.代码的编写

  1)首先是写java代码

  建立一个Android应用工程HelloJni,创建HelloJni.java文件:

  HelloJni.java :

import android.app.Activity;
import android.widget.TextView;
import android.os.Bundle;

publicclass HelloJni extends Activity
{
/** Called when the activity is first created. */
@Override
publicvoid onCreate(Bundle savedInstanceState)
{
super.onCreate(savedInstanceState);

TextView tv = new TextView(this);
tv.setText( stringFromJNI() );
setContentView(tv);
}


/* A native method that is implemented by the 'hello-jni' native library, which is packaged with this application. */
publicnative String stringFromJNI();

publicnative String unimplementedStringFromJNI();



/* this is used to load the 'hello-jni' library on application startup. The library has already been unpacked into

/data/data/com.example.HelloJni/lib/libhello-jni.so at installation time by the package manager.
*/
static {
System.loadLibrary("hello-jni");
}
}

  这段代码很简单,注释也很清晰,这里只提两点::

static {
System.loadLibrary( "hello-jni" );
}

  表明程序开始运行的时候会加载hello-jni, static区声明的代码会先于onCreate方法执行。如果你的程序中有多个类,而且如果HelloJni这个类不是你应用程序的入口,那么hello-jni(完整的名字是libhello-jni.so)这个库会在第一次使用HelloJni这个类的时候加载。

public  native String stringFromJNI();
public  native String unimplementedStringFromJNI();

  可以看到这两个方法的声明中有 native 关键字, 这个关键字表示这两个方法是本地方法,也就是说这两个方法是通过本地代码(C/C++)实现的,在java代码中仅仅是声明。

  用eclipse编译该工程,生成相应的.class文件,这步必须在下一步之前完成,因为生成.h文件需要用到相应的.class文件。

2)编写相应的C/C++代码

  刚开始学的时候,有个问题会让人很困惑,相应的C/C++代码如何编写,函数名如何定义? 这里讲一个方法,利用javah这个工具生成相应的.h文件,然后根据这个.h文件编写相应的C/C++代码。

  a. 生成相应.h文件:

  就拿我这的环境来说,首先在终端下进入刚刚建立的HelloJni工程的目录:

braincol@ubuntu :~$ cd workspace/android/NDK/hello-jni/

  ls查看工程文件  

braincol@ubuntu :~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ls
AndroidManifest.xml  assets  bin   default .properties  gen  res  src

  可以看到目前仅仅有几个标准的android应用程序的文件(夹)。

  首先我们在工程目录下建立一个jni文件夹:

braincol@ubuntu :~/workspace/android/NDK/hello-jni$ mkdir jni
braincol@ubuntu :~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ls
AndroidManifest.xml  assets  bin   default .properties  gen  jni  res  src

  下面就可以生成相应的.h文件了:

braincol@ubuntu :~/workspace/android/NDK/hello-jni$ javah -classpath bin -d jni com.example.hellojni.HelloJni

  -classpath bin:表示类的路劲

  -d jni: 表示生成的头文件存放的目录

  com.example.hellojni.HelloJni 则是完整类名

  这一步的成功要建立在已经在 bin/com/example/hellojni/  目录下生成了 HelloJni.class的基础之上。现在可以看到jni目录下多了个.h文件:

braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ cd jni/
braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/jni$ ls
com_example_hellojni_HelloJni.h

  我们来看看com_example_hellojni_HelloJni.h的内容:

  com_example_hellojni_HelloJni.h :

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */

#include <jni.h>

/* Header for class com_example_hellojni_HelloJni */

#ifndef _Included_com_example_hellojni_HelloJni

#define _Included_com_example_hellojni_HelloJni

#ifdef __cplusplus

extern"C" {

#endif

/*

* Class: com_example_hellojni_HelloJni

* Method: stringFromJNI

* Signature: ()Ljava/lang/String;

*/

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI

(JNIEnv *, jobject);


/*

* Class: com_example_hellojni_HelloJni

* Method: unimplementedStringFromJNI

* Signature: ()Ljava/lang/String;

*/

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI

(JNIEnv *, jobject);


#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif

  上面代码中的JNIEXPORT 和 JNICALL 是jni的宏,在android的jni中不需要,当然写上去也不会有错。从上面的源码中可以看出这个函数名那是相当的长啊。。。。 不过还是很有规律的, 完全按照:java_pacakege_class_mathod 形式来命名。

  也就是说:

  Hello.java中 stringFromJNI() 方法对应于 C/C++中的 Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI() 方法

  HelloJni.java中的 unimplementedStringFromJNI() 方法对应于 C/C++中的 Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI() 方法 

  注意下其中的注释:

  Signature: ()Ljava/lang/String; 

  ()Ljava/lang/String;()表示函数的参数为空(这里为空是指除了JNIEnv *, jobject 这两个参数之外没有其他参数,JNIEnv*, jobject是所有jni函数必有的两个参数,分别表示jni环境和对应的java类(或对象)本身),Ljava/lang/String; 表示函数的返回值是java的String对象。

 

b. 编写相应的.c文件:

  hello-jni.c :

#include <string.h>
#include <jni.h>


/* This is a trivial JNI example where we use a native method

* to return a new VM String. See the corresponding Java source

* file located at:

* apps/samples/hello-jni/project/src/com/example/HelloJni/HelloJni.java

*/

jstring Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI( JNIEnv* env, jobject thiz )
{
return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI !");
}

  这里只是实现了Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI方法,而 Java_com_example_hellojni_HelloJni_unimplementedStringFromJNI 方法并没有实现,因为在HelloJni.java中只调用了stringFromJNI()方法,所以unimplementedStringFromJNI()方法没有实现也没关系,不过建议最好还是把所有java中定义的本地方法都实现了,写个空函数也行啊。。。有总比没有好。

  Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI() 函数只是简单的返回了一个内容为 "Hello from JNI !" 的jstring对象(对应于java中的String对象)。hello-jni.c文件已经编写好了,现在可以把com_example_hellojni_HelloJni.h文件给删了,当然留着也行,只是我还是习惯把不需要的文件给清理干净了。

 

3)编译hello-jni.c 生成相应的库

a 编写Android.mk文件

  在jni目录下(即hello-jni.c 同级目录下)新建一个Android.mk文件,Android.mk 文件是Android 的 makefile文件,内容如下:

# Copyright (C) 2009 The Android Open Source Project

#

# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");

# you may not use this file except in compliance with the License.

# You may obtain a copy of the License at

#

# http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

#

# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software

# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,

# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.

# See the License for the specific language governing permissions and

# limitations under the License.

#

LOCAL_PATH := $(call my-dir)



include $(CLEAR_VARS)



LOCAL_MODULE := hello-jni

LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c



include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)


  这个Androd.mk文件很短,下面我们来逐行解释下:

    LOCAL_PATH := $(call my-dir)

  一个Android.mk 文件首先必须定义好LOCAL_PATH变量。它用于在开发树中查找源文件。在这个例子中,宏函数’my-dir’, 由编译系统提供,用于返回当前路径(即包含Android.mk file文件的目录)。

    include $( CLEAR_VARS)

  CLEAR_VARS由编译系统提供,指定让GNU MAKEFILE为你清除许多LOCAL_XXX变量(例如 LOCAL_MODULE, LOCAL_SRC_FILES, LOCAL_STATIC_LIBRARIES, 等等...), 除LOCAL_PATH 。这是必要的,因为所有的编译控制文件都在同一个GNU MAKE执行环境中,所有的变量都是全局的。

    LOCAL_MODULE := hello-jni

  编译的目标对象,LOCAL_MODULE变量必须定义,以标识你在Android.mk文件中描述的每个模块。名称必须是唯一的,而且不包含任何空格。

注意:编译系统会自动产生合适的前缀和后缀,换句话说,一个被命名为'hello-jni'的共享库模块,将会生成'libhello-jni.so'文件。

  重要注意事项:如果你把库命名为‘libhello-jni’,编译系统将不会添加任何的lib前缀,也会生成 'libhello-jni.so',这是为了支持来源于Android平台的源代码的Android.mk文件,如果你确实需要这么做的话。

    LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c

  LOCAL_SRC_FILES变量必须包含将要编译打包进模块中的C或C++源代码文件。注意,你不用在这里列出头文件和包含文件,因为编译系统将会自动为你找出依赖型的文件;仅仅列出直接传递给编译器的源代码文件就好。

  注意,默认的C++源码文件的扩展名是’.cpp’. 指定一个不同的扩展名也是可能的,只要定义LOCAL_DEFAULT_CPP_EXTENSION变量,不要忘记开始的小圆点(也就是’.cxx’,而不是’cxx’)

    include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

  BUILD_SHARED_LIBRARY表示编译生成共享库,是编译系统提供的变量,指向一个GNU Makefile脚本,负责收集自从上次调用'include $(CLEAR_VARS)'以来,定义在LOCAL_XXX变量中的所有信息,并且决定编译什么,如何正确地去做。还有 BUILD_STATIC_LIBRARY变量表示生成静态库:lib$(LOCAL_MODULE).a, BUILD_EXECUTABLE 表示生成可执行文件。

 

b. 生成.so共享库文件

  Andro文件已经编写好了,现在可以用android NDK开发包中的 ndk-build脚本生成对应的.so共享库了,方法如下:

    braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/jni$ cd .. 
    braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ls 
    AndroidManifest.xml  assets  bin  default.properties  gen  jni  libs  obj  res  src 
    braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ ndk-build 
    Gdbserver      : [arm-linux-androideabi-4.4.3] libs/armeabi/gdbserver 
    Gdbsetup       : libs/armeabi/gdb.setup 
    Install        : libhello-jni.so => libs/armeabi/libhello-jni.so 

  可以看到已经正确的生成了libhello-jni.so共享库了, 我们去 libs/armeabi/ 目录下看看:

    braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni$ cd libs/ 
    braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/libs$ ls 
    armeabi 
    braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/libs$ cd armeabi/ 
    braincol@ubuntu:~/workspace/android/NDK/hello-jni/libs/armeabi$ ls 
    gdbserver  gdb.setup  libhello-jni.so

4)在eclipse重新编译HelloJni工程,生成apk

  eclipse中刷新下HelloJni工程,重新编译生成apk,libhello-jni.so共享库会一起打包在apk文件内。在模拟器中看看运行结果。

 

参考资料:

http://blog.csdn.net/hhao137/article/details/4304664

http://www.cnblogs.com/hibraincol/archive/2011/05/30/2063847.html

http://yueguc.iteye.com/blog/946724

http://www.cnblogs.com/hibraincol/archive/2011/05/30/2063847.html

本文转载自:http://blog.csdn.net/oyangyujun/article/details/47777191

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